Phân Tích Tác Động của Nhà Máy Điện Gió Thạnh Hải lên Lưới Điện Tỉnh Bến Tre

Tác động của Nhà máy Điện Gió Thạnh Hải đến lưới điện tỉnh Bến Tre, phân tích hiệu quả và thách thức trong việc phát triển năng lượng tái tạo.

• Tác giả: Huỳnh Văn Phú
• Người hướng dẫn: PGS. Võ Ngọc Điều
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Quản lý năng lượng
• Đề tài: Phân Tích Sự Ảnh Hưởng Của Nhà Máy Điện Gió Thạnh Hải Lên Lưới Điện Khu Vực Tỉnh Bến Tre
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.6. Khái niệm về năng lượng gió
• 1.7. Những yếu tố thúc đẩy sự phát triển năng lượng gió
• 1.7.1. Sự cạn kiệt của các nguồn tài nguyên hóa thạch
• 1.7.2. Vấn đề ô nhiễm môi trường
• 1.7.3. Nhu cầu sử dụng nguồn năng lượng ngày càng gia tăng
• 1.7.4. Điện hạt nhân một giải pháp hiệu quả nhưng ẩn chứa nhiều rủi ro
• 1.8. Tình hình phát triển điện gió trên thế giới
• 1.9. Tình hình phát triển điện gió tại Việt Nam
• 1.9.1. Cơ hội và thời cơ
• 1.9.2. Khó khăn và thách thức
• 1.10. Các công trình nghiên cứu về điện gió tại Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: HIỆN TRẠNG NGUỒN VÀ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC TỈNH BẾN TRE
• 2.1. Tiềm năng điện gió trên địa bàn tỉnh Bến Tre
• 2.2. Hiện trạng lưới điện khu vực
• 2.2.1. Lưới điện 220 kV
• 2.2.2. Lưới điện 110 kV
• 2.3. Mô hình kết nối nhà máy điện gió vào lưới điện
• 2.3.1. Mô hình kết nối máy phát điện cảm ứng nguồn kép với lưới điện
• 2.3.2. Mô hình kết nối trực tiếp máy phát với lưới điện
• 2.3.3. Mô hình máy phát kết nối trực tiếp với lưới điện sử dụng phương thức thay đổi điện trở mạch rotor
• 2.3.4. Mô hình máy phát kết nối lưới điện thông qua bộ biến đổi toàn diện
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ THẠNH HẢI 1
• 3.1. Giới thiệu nhà máy điện gió Thạnh Hải 1 Bến Tre
• 3.1.1. Thông số kỹ thuật nhà máy
• 3.1.1.1. Thông số turbine gió
• 3.1.1.2. Thông số bộ điều tốc
• 3.1.1.3. Thông số kỹ thuật máy phát
• 3.1.1.4. Thông số trạm biến áp và tăng áp
• 3.2. Phân tích chế độ vận hành của lưới điện
• 3.2.1. Phân tích chế độ vận hành của lưới điện phân phối khu vực khi chưa kết nối nhà máy điện gió Thạnh Hải 1
• 3.2.1.1. Chế độ lưới điện vận hành tải cực đại
• 3.2.1.2. Chế độ lưới điện vận hành tải cực tiểu
• 3.2.1.3. So sánh 2 chế độ vận hành khi chưa kết nối nhà máy điện gió Thạnh Hải 1
• 3.2.2. Phân tích đánh giá các chế độ phát của nhà máy điện gió Thạnh Hải 1 ứng với từng chế độ tải của lưới điện tỉnh Bến Tre
• 3.2.2.1. Trường hợp khi nhà máy điện gió Thạnh Hải 1 phát cực đại
• 3.2.2.2. Trường hợp khi nhà máy điện gió Thạnh Hải 1 phát cực tiểu
• 3.2.3. Phân tích tổn thất công suất, điện áp các nút 110 kV ứng với các chế độ mô phỏng
• 3.3. Phân tích các trường hợp sự cố trong lưới điện khi có sự tham gia của nhà máy điện gió Thạnh Hải 1
• 3.3.1. Xét trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 22 kV NMĐG Thạnh Hải 1 khi kết nối lưới điện
• 3.3.2. Xét trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 110 kV NMĐG Thạnh Hải 1 khi kết nối lưới điện
• 3.3.3. Xét trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực máy phát điện NMĐG Thạnh Hải 1 khi kết nối lưới điện
• 3.3.4. Xét trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 110 kV Bến Tre NMĐG Thạnh Hải 1 khi kết nối lưới điện
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Nhà máy điện gió Thạnh Hải

Nhà máy điện gió Thạnh Hải là một trong những dự án năng lượng tái tạo quan trọng tại tỉnh Bến Tre. Với công suất lắp đặt lớn, nhà máy này không chỉ cung cấp điện cho lưới điện quốc gia mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững của khu vực. Năng lượng tái tạo từ gió đang trở thành một giải pháp hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm môi trường và đáp ứng nhu cầu điện năng ngày càng tăng. Theo nghiên cứu, việc xây dựng nhà máy điện gió tại Thạnh Hải sẽ giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch, đồng thời tạo ra một nguồn năng lượng sạch và bền vững cho tỉnh Bến Tre. Đặc biệt, nhà máy điện gió Thạnh Hải còn có khả năng điều chỉnh công suất phát điện theo biến động của tốc độ gió, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của lưới điện. Việc tích hợp nhà máy điện gió vào lưới điện tỉnh Bến Tre sẽ tạo ra nhiều cơ hội phát triển kinh tế địa phương và nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân.

II. Tác động đến lưới điện tỉnh Bến Tre

Sự kết nối của nhà máy điện gió Thạnh Hải vào lưới điện tỉnh Bến Tre mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đặt ra không ít thách thức. Việc tích hợp điện gió vào lưới điện có thể gây ra những biến động về điện áp và tần số, đặc biệt trong các trường hợp gió mạnh hoặc yếu. Nghiên cứu cho thấy, khi nhà máy hoạt động ở công suất tối đa, điện áp tại các nút trong lưới điện có thể tăng cao, dẫn đến nguy cơ quá tải. Ngược lại, trong trường hợp gió yếu, nhà máy không thể cung cấp đủ điện, gây ra tình trạng thiếu hụt năng lượng. Để đảm bảo sự ổn định của lưới điện, cần có các biện pháp điều chỉnh công suất và quản lý tải hợp lý. Hệ thống điều khiển thông minh có thể được áp dụng để theo dõi và điều chỉnh công suất phát điện từ nhà máy điện gió, nhằm duy trì sự ổn định cho lưới điện tỉnh Bến Tre.

III. Phân tích các chế độ vận hành

Phân tích chế độ vận hành của lưới điện 110kV tỉnh Bến Tre khi có sự tham gia của nhà máy điện gió Thạnh Hải cho thấy sự cần thiết phải mô phỏng và đánh giá các kịch bản khác nhau. Các chế độ vận hành bao gồm tải cực đại và tải cực tiểu, mỗi chế độ đều có những đặc điểm riêng. Trong chế độ tải cực đại, nhà máy điện gió có thể phát điện tối đa, tuy nhiên, cần phải đảm bảo rằng lưới điện có khả năng tiếp nhận công suất này mà không gây ra hiện tượng quá tải. Ngược lại, trong chế độ tải cực tiểu, việc phát điện từ nhà máy có thể không đủ để đáp ứng nhu cầu, dẫn đến tình trạng thiếu hụt điện năng. Việc sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng các chế độ vận hành sẽ giúp đánh giá chính xác hơn về tác động của nhà máy điện gió đến lưới điện, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc quản lý và vận hành lưới điện tỉnh Bến Tre.

IV. Tác động môi trường và phát triển bền vững

Nhà máy điện gió Thạnh Hải không chỉ mang lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn có tác động tích cực đến môi trường. Việc sử dụng năng lượng tái tạo từ gió giúp giảm thiểu lượng khí thải CO2, góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Theo các nghiên cứu, việc phát triển năng lượng gió sẽ giúp giảm áp lực lên các nguồn tài nguyên thiên nhiên, đồng thời tạo ra một môi trường sống trong lành hơn cho người dân. Tuy nhiên, cần phải lưu ý đến các tác động tiềm ẩn như ảnh hưởng đến hệ sinh thái địa phương và sự thay đổi cảnh quan. Do đó, việc thực hiện các biện pháp bảo vệ môi trường trong quá trình xây dựng và vận hành nhà máy là rất cần thiết. Chính sách bảo vệ môi trường và phát triển bền vững cần được tích cực thực hiện để đảm bảo rằng lợi ích từ nhà máy điện gió Thạnh Hải không chỉ dừng lại ở khía cạnh kinh tế mà còn hướng tới sự phát triển bền vững cho tỉnh Bến Tre.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nghị quyết 55-NQ/TW của Bộ Chính trị đã đặt mục tiêu năng lượng tái tạo chiếm 15% đến 20% trong tổng cung năng lượng sơ cấp vào năm 2030 và đạt 25% đến 30% vào năm 2045. Trong bối cảnh nhu cầu tiêu thụ điện toàn quốc tăng trưởng khoảng 7% mỗi năm, nguy cơ thiếu hụt nguồn cung từ 20% đến 30% là thách thức lớn nếu chỉ dựa vào nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống. Tỉnh Bến Tre với bờ biển dài 65 km sở hữu diện tích tiềm năng điện gió trên 90.000 ha, tương ứng công suất quy hoạch ước đạt 3.500 MW tập trung chủ yếu tại các huyện Bình Đại, Ba Tri và Thạnh Phú.

Tuy nhiên, tính chất bất định của tốc độ gió khiến công suất phát dao động liên tục, gây nên các thách thức nghiêm trọng về ổn định điện áp, tổn thất kỹ thuật và phân bố trào lưu công suất trên lưới điện khu vực. Đề tài tập trung phân tích sự ảnh hưởng của Nhà máy điện gió Thạnh Hải 1 với quy mô công suất 30 MW (thuộc dự án tổng thể Nhà máy điện gió số 5 Thạnh Hải công suất 120 MW) khi hòa vào lưới điện 22/110 kV tỉnh Bến Tre. Phạm vi không gian nghiên cứu bao quát toàn bộ 8 trạm biến áp 110 kV với tổng dung lượng 597 MVA và 166,7 km đường dây truyền tải trọng điểm.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là mô hình hóa, mô phỏng chế độ xác lập và quá độ khi xảy ra sự cố ngắn mạch, từ đó định lượng mức độ suy giảm tổn thất công suất truyền tải từ 12% đến 18% và kiểm soát biên độ dao động điện áp nút trong ngưỡng an toàn ±5%. Đề tài mang ý nghĩa thực tiễn then chốt trong việc hoàn thiện phương án điều độ, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thương phẩm đạt trên 1.757 triệu kWh cho địa bàn tỉnh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết khí động học turbine gió kết hợp các phương trình chuyển hóa động năng thành điện năng theo định luật Betz và đường cong công suất thực tế. Mô hình hệ thống điện xoay chiều dựa trên lý thuyết phân tích trào lưu công suất xác lập thông qua hệ phương trình phi tuyến cân bằng công suất tác dụng và phản kháng tại các nút phụ tải, nút nguồn phát và nút cân bằng.

Trọng tâm lý thuyết nằm ở công nghệ máy phát điện cảm ứng nguồn kép DFIG (Doubly Fed Induction Generator) sử dụng rotor dây quấn kết hợp bộ biến đổi bán phần AC/DC/AC chiếm khoảng 30% công suất danh định. Khái niệm điều khiển góc pitch của cánh đón gió và khả năng điều chỉnh độc lập công suất tác dụng lẫn công suất phản kháng trong dải tốc độ trượt ±30% tốc độ đồng bộ được tích hợp nhằm ổn định tần số. Ngoài ra, lý thuyết quá độ điện từ và ổn định điện áp theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện quốc tế IEC 60909 được áp dụng để xác định dòng ngắn mạch xung kích và thời gian phục hồi điện áp hệ thống sau sự cố.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng chuỗi số liệu quan trắc gió liên tục 12 tháng tại 2 cột đo tiêu chuẩn cao 80 mét: Cột 1 tại Thới Thuận - Bình Đại ghi nhận tốc độ gió trung bình 5,9 m/s và Cột 2 tại Thạnh Hải - Thạnh Phú ghi nhận tốc độ trung bình 6,4 m/s, đạt giá trị cực đại 9,7 m/s ở độ cao 76 m. Cỡ mẫu nghiên cứu bao trùm toàn bộ cấu trúc vật lý của lưới điện phân phối tỉnh Bến Tre gồm 2 trạm biến áp 220 kV (Bến Tre 375 MVA và Mỏ Cày 125 MVA), 8 trạm 110 kV với 15 máy biến áp, 8 xuất tuyến 110 kV dài 166,7 km và 5 nhóm thành phần phụ tải dự báo đến năm 2030.

Phương pháp chọn mẫu sử dụng kỹ thuật chọn mẫu toàn diện toàn bộ mạng lưới truyền tải 110 kV của tỉnh để đảm bảo tính liên tục của bài toán thủy điện động lực học và cân bằng nút. Nghiên cứu lựa chọn công cụ phần mềm chuyên dụng ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) dựa trên thuật toán lặp Newton-Raphson. Lý do lựa chọn ETAP vì phần mềm này cung cấp độ hội tụ cao đối với các mạng điện phức tạp có tích hợp nguồn phân tán ngẫu nhiên, cho phép mô phỏng chuẩn xác phản ứng quá độ của turbine gió DFIG khi xuất hiện sự cố ngắn mạch 3 pha đối xứng tại thanh cái trạm biến áp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích trào lưu công suất trên mô hình ETAP cho thấy sự thâm nhập của 30 MW từ Nhà máy điện gió Thạnh Hải 1 tạo ra những biến chuyển tích cực rõ rệt đối với chế độ vận hành lưới điện 110 kV tỉnh Bến Tre:

• Thứ nhất, về phân bố điện áp nút: Ở chế độ phụ tải cực đại khi chưa có điện gió, điện áp tại thanh cái 110 kV trạm Bình Thạnh bị sụt giảm xuống mức 104,2 kV (độ lệch áp đạt 5,27%). Khi nhà máy Thạnh Hải phát cực đại 30 MW, điện áp tại nút Bình Thạnh được nâng lên mức 108,6 kV, đưa độ lệch điện áp về dưới 1,27%, cải thiện chất lượng điện áp toàn bộ khu vực duyên hải.
• Thứ hai, về tổn thất công suất kỹ thuật: Việc bổ sung nguồn phát tại chỗ giúp giảm tải truyền tải từ trạm 220 kV Bến Tre và 220 kV Mỏ Cày. Dòng công suất trên tuyến đường dây 110 kV Mỏ Cày - Bình Thạnh (dây ACKP-240 dài 33,594 km) giảm mạnh, kéo theo tổn thất công suất tác dụng trên đường dây giảm từ 14,8% xuống mức 3,1% ở giờ cao điểm.
• Thứ ba, về đặc tính sự cố ngắn mạch: Khảo sát ngắn mạch 3 pha tại thanh cái 22 kV đầu cực và thanh cái 110 kV trạm nâng áp cho thấy dòng ngắn mạch đạt đỉnh 18,4 kA. Nhờ bộ điều khiển DFIG, hệ thống duy trì được khả năng vượt qua sự cố điện áp thấp (LVRT) và phục hồi điện áp làm việc về dải ổn định 0,95 đến 1,05 pu chỉ sau 0,18 đến 0,25 giây kể từ khi rơ-le cách ly điểm sự cố.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi giúp cải thiện điện áp và giảm tổn thất kỹ thuật là nhờ cấu trúc điều khiển linh hoạt của máy phát DFIG. Khác với máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc truyền thống phải tiêu thụ lượng lớn công suất phản kháng từ lưới, DFIG tại Thạnh Hải 1 có khả năng phát chủ động công suất phản kháng qua bộ nghịch lưu phía rotor, đóng vai trò như một nguồn bù linh động tại chỗ.

Dữ liệu mô phỏng được biểu diễn trực quan qua biểu đồ phân bố điện áp thanh cái dạng cột đa trục so sánh giữa các kịch bản phụ tải cực đại và cực tiểu. Đồ thị đường cong P-V và bảng trào lưu công suất đã minh chứng rõ nét biên độ dao động điện áp tại các nút xa nguồn truyền tải trung tâm như Ba Tri, Thạnh Phú luôn duy trì trong ngưỡng tối ưu khi điện gió vận hành kết hợp.

So sánh với các công trình nghiên cứu tại Quảng Trị và Bình Định, kết quả của luận văn khẳng định quy luật đồng thuận về khả năng hỗ trợ điện áp của nguồn phân tán năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, nghiên cứu tại Bến Tre chỉ ra một điểm đặc thù: ở chế độ phụ tải cực tiểu ban đêm kết hợp công suất gió phát cực đại, hiện tượng trào ngược công suất lên trạm 220 kV Mỏ Cày có thể xảy ra, làm tăng nhẹ điện áp nút lên ngưỡng 1,06 pu, đòi hỏi hệ thống tự động điều chỉnh nấc phân áp dưới tải (OLTC) của máy biến áp 110 kV phải phản ứng kịp thời.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm tối ưu hóa hiệu quả vận hành và kiểm soát an toàn hệ thống điện khi tích hợp nguồn điện gió quy mô lớn, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể:

• Điều chỉnh chế độ phát công suất phản kháng của turbine DFIG: Ban Quản lý Nhà máy điện gió Thạnh Hải 1 cần cài đặt thuật toán điều khiển tự động hệ số công suất cosφ trong dải từ 0,95 sớm đến 0,95 trễ, đảm bảo độ lệch điện áp tại điểm đấu nối 110 kV luôn dưới 2% trong suốt 24 giờ vận hành, thực hiện hoàn thành trong quý 2 năm 2024.
• Nâng cấp và hiệu chỉnh bảo vệ rơ-le kỹ thuật số: Công ty Điện lực Bến Tre phối hợp Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Miền Nam tiến hành tính toán lại trị số chỉnh định rơ-le khoảng cách và rơ-le quá dòng định hướng trên các tuyến 110 kV liên kết Mỏ Cày - Bình Thạnh và Giồng Trôm - Ba Tri, đặt mục tiêu thời gian cắt sự cố ngắn mạch xuống dưới 80 ms, hoàn tất vào quý 4 năm 2024.
• Ứng dụng hệ thống dự báo công suất gió thông minh: Doanh nghiệp vận hành cần triển khai phần mềm dự báo tốc độ gió và công suất phát cực ngắn (thời gian thực trước 15 phút đến 24 giờ) tích hợp thuật toán học máy, hướng tới mục tiêu giảm sai số dự báo phát điện xuống dưới 7,5% trong giai đoạn 2024 - 2025.
• Cải tạo và xây dựng bổ sung hạ tầng lưới truyền tải 110/220 kV: Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) cần đẩy nhanh tiến độ nâng tiết diện dây dẫn đường dây 110 kV Mỏ Cày - Bình Thạnh và chuẩn bị hạ tầng trạm biến áp 220 kV Thạnh Phú để giải tỏa 100% công suất khi toàn bộ 4 giai đoạn của dự án Thạnh Hải (tổng công suất 120 MW) hòa lưới trước năm 2026.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị ứng dụng kỹ thuật sâu sắc và là tài liệu tham khảo thiết thực cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

• Kỹ sư điều độ và kỹ thuật viên hệ thống điện: Giúp nắm vững phương pháp tính toán trào lưu công suất, đánh giá ổn định động và thiết lập phương án phân phối tải tối ưu khi tiếp nhận nguồn năng lượng tái tạo quy mô 30 MW đến 120 MW trên nền tảng phần mềm ETAP.
• Chủ đầu tư và các đơn vị tư vấn thiết kế dự án điện gió: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về lựa chọn cấu hình máy phát DFIG, tính toán thông số trạm nâng áp 22/110 kV và đáp ứng đầy đủ các quy chuẩn kỹ thuật đấu nối lưới điện quốc gia theo Thông tư của Bộ Công Thương.
• Cơ quan quản lý nhà nước và nhà hoạch định chính sách: Hỗ trợ Sở Công Thương tỉnh Bến Tre và Tập đoàn Điện lực Việt Nam có thêm cơ sở khoa học để đánh giá mức độ hấp thụ công suất gió, từ đó xây dựng quy hoạch phát triển nguồn và lưới điện giai đoạn 2025 - 2030 tầm nhìn 2045.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật điện - Quản lý năng lượng: Là mô hình mẫu về phương pháp luận nghiên cứu kết hợp số liệu đo đạc khí tượng thực tế với công cụ mô phỏng hiện đại, phục vụ trực tiếp cho việc giảng dạy và thực hiện các đề tài nghiên cứu chuyên sâu.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao công nghệ máy phát điện cảm ứng nguồn kép DFIG lại được ưu tiên lựa chọn cho dự án Thạnh Hải 1? Công nghệ DFIG sử dụng bộ biến đổi bán phần chỉ có công suất bằng khoảng 30% công suất danh định của máy phát, giúp giảm đáng kể chi phí đầu tư ban đầu so với hệ thống biến đổi toàn phần. Cấu hình này cho phép điều khiển linh hoạt tốc độ quay trong phạm vi ±30% tốc độ đồng bộ và kiểm soát độc lập công suất tác dụng lẫn phản kháng, giúp ổn định điện áp hiệu quả tại điểm đấu nối 110 kV.

• Tích hợp Nhà máy điện gió Thạnh Hải 1 tác động như thế nào đến tổn thất điện năng khu vực? Việc cấp điện trực tiếp từ nguồn phát tại chỗ 30 MW làm giảm khoảng cách truyền tải công suất từ các trạm biến áp 220 kV nguồn như Bến Tre và Mỏ Cày đến các phụ tải ven biển. Kết quả mô phỏng cho thấy tổn thất công suất tác dụng trên tuyến truyền tải trọng yếu Mỏ Cày - Bình Thạnh dài 33,594 km giảm từ 12% đến 18% vào các khung giờ cao điểm phụ tải.

• Tiềm năng gió tại khu vực ven biển tỉnh Bến Tre có đạt tiêu chuẩn kinh tế kỹ thuật không? Theo kết quả đo đạc thực địa tại cột đo cao 80 mét ở xã Thạnh Hải, tốc độ gió trung bình năm đạt 6,4 m/s, vượt mức yêu cầu kỹ thuật tối thiểu 6,0 m/s theo quy định của Bộ Công Thương. Đặc biệt vào mùa gió Đông Bắc (từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau), tốc độ gió trung bình đạt từ 7,6 m/s đến 9,7 m/s, mang lại hiệu suất phát điện rất cao.

• Khả năng chịu đựng sự cố ngắn mạch của hệ thống khi có nhà máy điện gió được đánh giá ra sao? Mô phỏng sự cố ngắn mạch 3 pha trên phần mềm ETAP cho thấy điện áp tại các nút lân cận sụt giảm tức thời nhưng không xảy ra hiện tượng sụp đổ điện áp lan truyền. Nhờ tính năng điều khiển quá độ của DFIG, hệ thống duy trì được tính ổn định và phục hồi về chế độ vận hành bình thường chỉ sau khoảng 0,18 đến 0,25 giây sau khi thiết bị bảo vệ ngắt điểm sự cố.

• Cần những điều kiện gì để lưới điện Bến Tre tiếp nhận trọn vẹn cụm nhà máy Thạnh Hải công suất 120 MW? Để giải tỏa an toàn 120 MW từ 4 giai đoạn của cụm nhà máy Thạnh Hải, hệ thống lưới điện khu vực bắt buộc phải nâng cấp tiết diện đường dây 110 kV hiện hữu, xây dựng mới trạm biến áp 220 kV khu vực Thạnh Phú và trang bị hệ thống điều khiển công suất tự động (AGC) liên kết trực tiếp với trung tâm điều độ.

Kết luận

• Luận văn đã mô hình hóa và mô phỏng thành công lưới điện 110 kV tỉnh Bến Tre tích hợp Nhà máy điện gió Thạnh Hải 1 công suất 30 MW trên phần mềm chuyên dụng ETAP.
• Kết quả nghiên cứu chứng minh nguồn điện gió giúp cải thiện đáng kể chất lượng điện áp nút, giảm độ lệch áp tại trạm 110 kV Bình Thạnh từ 5,27% xuống dưới 1,27%.
• Lượng tổn thất công suất kỹ thuật trên các đường dây 110 kV liên kết chính được kéo giảm từ 12% đến 18% ở chế độ vận hành phụ tải cực đại.
• Đánh giá quá độ ngắn mạch khẳng định khả năng phục hồi ổn định điện áp nhanh chóng trong khoảng 0,18 đến 0,25 giây nhờ đặc tính ưu việt của máy phát DFIG.
• Đề xuất hoàn chỉnh hệ thống 4 giải pháp đồng bộ về điều khiển công suất phản kháng, chỉnh định rơ-le bảo vệ và nâng cấp lưới truyền tải phục vụ kế hoạch mở rộng 120 MW.

Đóng góp lớn nhất của đề tài là cung cấp một bộ số liệu phân tích kỹ thuật chuẩn xác và phương pháp luận khoa học vững chắc cho việc quản lý, vận hành hệ thống điện có tỷ trọng năng lượng tái tạo cao tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Trong lộ trình triển khai tiếp theo từ năm 2024 đến năm 2026, các đơn vị quản lý lưới điện và doanh nghiệp cần bắt tay ứng dụng ngay các khuyến nghị kỹ thuật vào thực tiễn vận hành. Hãy tham khảo chi tiết toàn văn công trình nghiên cứu để nắm bắt đầy đủ các giải pháp công nghệ tiên tiến nhằm xây dựng hệ thống năng lượng xanh, bền vững và hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Khái niệm về năng lượng gió Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ, vì thế khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa.

Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thẳng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu. Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ. Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại [2-3]. Sự chuyển động của không khí được gọi là gió như được trình bày trong Hình 1.1 Có thể sử dụng động năng của khối không khí chuyển động này chạy turbine gió để phát ra điện năng.

6 Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh Huỳnh Văn Phú Hình 1.1: Quá trình hình thành gió [19] 1. Những yếu tố thúc đẩy sự phát triển năng lượng gió 1. Sự cạn kiệt của các nguồn tài nguyên hóa thạch Nhu cầu về năng lượng toàn cầu đang tăng từng ngày.

Cơ quan năng lượng quốc tế IEA dự đoán tới năm 2030 nhu cầu thế giới tăng hơn hiện tại 60%, khoảng 4800 GW. Khi nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cùng với việc thiếu các biện pháp sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng hóa thạch (nguồn cung cấp chính chủ yếu cho các nhà máy phát điện), đặc biệt là khí đốt đang dần cạn kiệt. Ở Châu Âu nguồn nhiên liệu dầu và khí đốt tập trung chủ yếu ở vùng Biển Bắc đang suy giảm nhanh chóng. Hiện tại trữ lượng năng lượng hoá thạch của thế giới chỉ còn 34 triệu tỉ MJ (34.1012 MJ), trong đó than chiếm khoảng 60% (19630.1012 MJ), dầu các loại khoảng 22% (9185.1012 MJ) và khí đốt còn 5110.

Với mức tiêu thụ như năm 2010 (423.1012 MJ/năm) thì nguồn năng lượng hoá thạch còn lại chỉ đủ cho thế giới chúng ta sử dụng thêm khoảng 80 năm, trong đó than 200 năm, dầu khoảng 48 năm, khí đốt khoảng 15 năm và Uranium còn 40 năm. Thậm chí nguồn Uranium hiện tại là nguồn nhiên liệu cung cấp hơn 30% sản lượng điện cho Châu Âu cũng đánh giá là suy kiệt trong vòng 40 năm tới [2]. 7 Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh Huỳnh Văn Phú Áp lực về nguồn năng lượng từ các nguồn tài nguyên hóa thạch của Việt Nam ngày càng lớn khi nguồn cung ngày càng cạn kiệt.

Nếu giữ nguyên tốc độ khai thác như hiện nay, trữ lượng dầu mỏ của Việt Nam chỉ đủ khai thác trong khoảng 34 năm, khí thiên nhiên chỉ còn 63 năm còn than đá chỉ còn khai thác được 4 năm trong khi đây lại đang là những nguồn đầu vào chính cho nền kinh tế Việt Nam. Vấn đề ô nhiễm môi trường Thế giới phải đối mặt với vấn đề về năng lượng phần lớn hoạt động sản xuất năng lượng của chúng ta vẫn tạo ra khí thải nhà kính. Chính việc sản xuất năng lượng chịu trách nhiệm cho 87% lượng khí thải nhà kính toàn cầu như được trình bày trong Hình 1.2 cho thấy, người dân ở các quốc gia giàu có nhất có lượng khí thải cao nhất.2 ở đây sẽ hướng dẫn chúng ta thảo luận về vấn đề năng lượng của thế giới. Nó cho thấy lượng khí thải CO2 bình quân đầu người trên trục tung so với thu nhập trung bình ở quốc gia đó trên trục hoành.

Ở những quốc gia mà người dân có thu nhập trung bình từ 15.000 USD, lượng khí thải CO2 bình quân đầu người gần với mức trung bình toàn cầu (4,8 tỷ CO2 mỗi năm). Ở mọi quốc gia có thu nhập trung bình của người dân trên 25.000 USD, lượng khí thải trung bình trên đầu người cao hơn mức trung bình toàn cầu. Lượng khí thải CO2 trên thế giới đang tăng lên nhanh chóng và đạt 36,6 tỷ tấn vào năm 2018. Khi nào chúng ta còn thải ra khí nhà kính thì nồng độ của chúng trong bầu khí quyển còn tăng lên.

Để chấm dứt biến đổi khí hậu, nồng độ khí nhà kính trong bầu khí quyển cần phải ổn định và để đạt được điều này, lượng khí thải nhà kính của thế giới phải giảm xuống mức 0%. Giảm lượng khí thải xuống mức 0% sẽ là một trong những thách thức lớn nhất của thế giới trong những năm tới [9]. 8 Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh Huỳnh Văn Phú Hình 1.2: Lượng khí thải CO₂ dựa trên tiêu dùng bình quân đầu người so với GDP bình quân đầu người 2020 [9].

Nhu cầu sử dụng nguồn năng lượng ngày càng gia tăng Mức tiêu thụ điện của thế giới đã liên tục tăng trong nửa thế kỷ qua được thể hiện ở Hình 1. Từ năm 1980 đến 2019, mức tiêu thụ điện đã tăng hơn gấp ba lần, trong khi dân số toàn cầu tăng khoảng 75%. Tăng trưởng trong công nghiệp hóa và khả năng tiếp cận điện trên toàn cầu đã thúc đẩy hơn nữa nhu cầu điện [15]. 9 Trường Đại học Bách Khoa Tp.

Hồ Chí Minh Huỳnh Văn Phú Hình 1.3: Tiêu thụ điện toàn cầu 1980-2019 [15] 1. Điện hạt nhân một giải pháp hiệu quả nhưng ẩn chứa nhiều rủi ro Năm 2005, năng lượng hạt nhân cung cấp 2,1% nhu cầu năng lượng của thế giới và chiếm khoảng 15% sản lượng điện thế giới, trong khi đó chỉ tính riêng Hoa Kỳ, Pháp, và Nhật Bản sản lượng điện từ hạt nhân chiếm 56,5% tổng nhu cầu điện của ba nước này [11]. Đến năm 2007, theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) có 439 lò phản ứng hạt nhân đang hoạt động trên thế giới [12], thuộc 31 quốc gia [13]. Năm 2007, sản lượng điện hạt nhân trên thế giới giảm xuống còn 14%.

Theo IAEA, nguyên nhân chính của sự sụt giảm này là do một trận động đất xảy ra vào ngày 16 tháng 7 năm 2007 ở phía tây Nhật Bản, làm cho nước này ngưng tất cả bảy lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân Kashiwazaki-Kariwa. Năng nượng hạt nhân là một nguồn năng lượng bền vững làm giảm phát thải cacbon và các khí nhà kính. Tuy nhiên năng lượng hạt nhân là nguồn năng lượng chứa đựng nhiều tiềm năng nguy hiểm và rủi ro rất lớn nếu xảy ra sự cố. Các ảnh hưởng của năng lượng hạt nhân là rất lâu dài và rất tốn kiếm để khắc phục hậu quả.

Hiện nay nhiều 10 Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh Huỳnh Văn Phú nước trên thế giới đã xem xét và dần loại bỏ năng lượng hạt nhân để dần thay thế các nguồn năng lượng tái tạo như: Năng lượng gió, năng lượng mặt trời,… hoặc các nguồn năng lượng hóa thạch khác. Tình hình phát triển điện gió trên thế giới Trong số các nguồn năng lượng sạch sẵn có khác nhau như năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, năng lượng địa nhiệt,… năng lượng gió có lợi thế khác biệt so với các nguồn năng lượng tái tạo khác và không ngừng phát triển mạnh mẽ đặc biệt là trong hai thập kỷ qua được thể hiện Hình 1.4: Lịch sử phát triển công suất lắp đặt (GW) năng lượng gió trên thế giới trên bờ và ngoài khơi, 2016-2020 [18] Năm 2021, sản lượng điện gió tăng kỷ lục 273 TWh (tăng 17%). Đây là mức tăng trưởng cao hơn 55% so với mức đạt được vào năm 2020 và là mức tăng trưởng cao nhất trong số tất cả các công nghệ năng lượng tái tạo.

Sự phát triển nhanh chóng như vậy có được là nhờ sự gia tăng chưa từng thấy về công suất gió bổ sung, đạt 113 GW vào năm 2020, so với chỉ 59 GW vào năm 2019 [5]. 11 Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh Huỳnh Văn Phú Lượng điện do gió tạo ra đã tăng gần 273 TWh vào năm 2021 (tăng 17%), mức tăng trưởng cao hơn 45% so với mức đạt được vào năm 2020 và lớn nhất trong số các công nghệ phát điện. Gió vẫn là công nghệ tái tạo hàng đầu, tạo ra 1.870 TWh vào năm 2021 được thể hiện ở Hình 1.5 kịch bản sản lượng điện gió năm 2010 - 2030, gần bằng tất cả các công nghệ khác cộng lại.5: Kịch bản sản lượng điện gió năm 2010 - 2030 [5] Trung Quốc chịu trách nhiệm cho gần 70% tăng trưởng điện gió vào năm 2021, tiếp theo là Hoa Kỳ ở mức 14% và Brazil ở mức 7%.

Liên minh Châu Âu, mặc dù có mức tăng trưởng công suất gần kỷ lục vào năm 2020 và 2021, nhưng sản lượng điện gió giảm 3% vào năm 2021 do điều kiện gió thấp kéo dài bất thường. Trên toàn cầu, mức tăng trưởng phát điện kỷ lục có thể đạt được nhờ mức tăng trưởng công suất tăng 90% vào năm 2020, đạt 113 GW, do thời hạn chính sách ở Trung Quốc và Hoa Kỳ. Tuy nhiên, vào năm 2021, lượng gió bổ sung đã giảm một phần ba ở Trung Quốc và một phần tư ở Hoa Kỳ, được bù đắp một phần bởi tốc độ tăng trưởng nhanh hơn ở các khu vực khác trên thế giới, dẫn đến tăng trưởng công suất tổng thể đạt 94 GW [5]. Qua các số liệu trên có thế thấy rằng điện gió là một loại nguồn có công suất phát phụ thuộc vào tốc độ gió và biến thiên không ổn định có chế độ gió biến đổi theo thời 12 Trường Đại học Bách Khoa Tp.

Hồ Chí Minh Huỳnh Văn Phú gian trong một giới hạn rất rộng, ngoài ra lượng gió và thời gian tồn tại gió theo hướng cũng luôn thay đổi. Do đó cần phải nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió khi đấu nối vào lưới điện của khu vực. Tình hình phát triển điện gió tại Việt Nam Tài nguyên gió của Việt Nam chủ yếu nằm dọc theo bờ biển dài hơn 3.000 km, vùng đồi núi và cao nguyên của miền Bắc và miền Trung [6]. Một nghiên cứu ESMAP của Ngân hàng Thế giới được trình bài ở Bảng 1.